任慧

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市建設(shè)發(fā)展的速度呈現(xiàn)出前所未有的局面，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的交通、住房、生產(chǎn)需求，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，臨水建筑工程、水中建筑工程數(shù)量也呈現(xiàn)上升趨勢，而水中樁基礎(chǔ)作為構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件直接承擔(dān)構(gòu)筑物上部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載, 其質(zhì)量直接關(guān)系到構(gòu)筑物使用的耐久性。本文對(duì)道路橋梁工程中水中樁基礎(chǔ)的主要作用和基礎(chǔ)施工技術(shù)進(jìn)行簡要探討，并對(duì)施工質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行分析，為提高水中樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量提出幾點(diǎn)意見。

近年來，大型城市及超大型城市的誕生，長三角、粵港澳大灣區(qū)等城市群成為承載發(fā)展要素的主要空間形式，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生深刻變化。因此，國家進(jìn)一步加強(qiáng)了基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)投資力度。 而我國是一個(gè)國土面積遼闊、地形復(fù)雜多樣的國家，城市擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)存在各類江、河、湖、海，隨著城市的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們?cè)谏瞽h(huán)境上的追求，對(duì)水中建筑物的技術(shù)要求也與日俱增。目前，施工工程設(shè)備、技術(shù)已經(jīng)得到很大發(fā)展，但是在精細(xì)化、數(shù)據(jù)化施工控制技術(shù)方面仍存在許多不足。其中，臨水或水中的樁基礎(chǔ)包括港口工程樁基、碼頭樁基、橋梁樁基、近海平臺(tái)樁基、防水圍堰的板樁及海邊建筑樁基等，屬于地下隱蔽工程，容易產(chǎn)生施工質(zhì)量隱患，特別是在特殊地質(zhì)區(qū)域施工更難控制。

一、水中樁基礎(chǔ)的施工方法

（1）按照施工場所不同有圍堰筑島法和水域工作平臺(tái)法，圍堰筑島法是先修筑好圍堰確定施工場地，再在水中吸泥、抽水，然后修筑水域島或者長堤做樁基施工，此方法多用于淺水樁基礎(chǔ)，成本投入較小，施工方法簡單，無需大型施工機(jī)械，施工技術(shù)易掌握，施工安全有保證，施工過程中可以保證工作環(huán)境無水或水面靜止，有利于施工質(zhì)量的保證，常用的圍堰筑島類型有土石圍堰、木質(zhì)圍堰、鋼籠圍堰（及竹籠、木籠、鉛絲籠）、膜袋圍堰等；水域工作平臺(tái)法是用船或支架拼裝建造施工平臺(tái)，根據(jù)平臺(tái)的定位不同可分為船式、支架式和浮沉世等，有時(shí)配合使用定位船、吊船等，在組合的船組中備有混凝土工廠、水泵、空氣壓縮機(jī)、動(dòng)力設(shè)備、龍門吊等施工機(jī)具設(shè)備，水中支架的安裝要滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和船只的浮力，保證足夠的穩(wěn)定性。

（2）按照施工工藝不同有灌注樁施工、螺旋鉆機(jī)施工、泥漿護(hù)壁成孔灌注樁施工。灌注樁施工中的灌注樁是一種就位成孔，鋼筋混凝土制的或者灌注混凝土制成的樁。施工工藝包括測定樁位、埋設(shè)護(hù)筒、泥漿制備、清孔、吊放鋼筋籠等。這種施工工藝可以適應(yīng)各種地層，無需接樁，同時(shí)在施工過程中的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，包括無振動(dòng)、無擠土、同時(shí)噪音較小，在建筑物密集處使用該方法優(yōu)勢較為明顯。但是在該工藝成孔時(shí)會(huì)有大量土渣或者泥漿排出。并且，該工藝對(duì)人員操作要求較為嚴(yán)格，后期養(yǎng)護(hù)時(shí)間長。螺旋鉆機(jī)施工對(duì)施工場地要求較高，但是優(yōu)點(diǎn)是利用該工藝施工如果由鉆頭部直接灌注混凝土就不存在處理樁底沉渣問題，成樁效果比較好。流程主要包括定位放線后鉆機(jī)定位、鉆進(jìn)成孔。利用不同鉆頭處理不同土層。泥漿護(hù)壁成孔灌注樁的成孔方式有正(反)循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆成孔、正(反）循環(huán)潛水鉆成孔、沖擊鉆成孔、沖抓錐成孔、鉆斗鉆成孔等。施工中首先進(jìn)行平整場地、進(jìn)行測量放線并埋設(shè)護(hù)筒等施工準(zhǔn)備工作，然后進(jìn)行鉆孔作業(yè)及清孔，鋼筋籠制作吊裝并灌注。

二、水中樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)和作用

（1）水中樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)主要有：樁都存在一個(gè)環(huán)境水對(duì)混凝土、剛才與鋼筋的請(qǐng)示、腐蝕與磨損問題；由于水下樁基礎(chǔ)要承受相當(dāng)大的水平力，特殊情況下還可能承受船只的碰撞力，所以作用在承臺(tái)上的合力與垂線的夾角一般很大；由于施工后河床大量沖刷和大量沉淀淤積，水位降低導(dǎo)致樁周土體內(nèi)有效應(yīng)力增加等原因可能導(dǎo)致負(fù)摩擦力的產(chǎn)生；水中樁基礎(chǔ)受水文條件的影響比較明顯；

（2）水中樁基礎(chǔ)的作用主要是：第一，通過樁把荷載傳至水下軟土層以下的堅(jiān)硬的土層或者巖層（如支撐樁或柱樁）；第二，通過樁的表面摩擦阻力把荷載傳至土體（如懸承樁或摩擦樁）；第三、為了保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和可靠性，施工人員將樁打入沖刷層以下或者岸邊陡坡層以下的穩(wěn)定地層中；第四、為了使基礎(chǔ)嵌固地基中穩(wěn)定，要抵抗力矩、水平力或者水平力所產(chǎn)生的基礎(chǔ)底的拉力（如抗拉樁）；第五、為了保護(hù)水中構(gòu)筑物被輪船、冰燈漂浮物碰撞（如護(hù)樁墻或防撞墩）；第六、為了在不穩(wěn)定土層中建設(shè)基礎(chǔ)（不穩(wěn)定土層如膨脹土層或高壓縮性土層一下的穩(wěn)定土層上）。

三、水中樁基礎(chǔ)的施工工藝流程

以灌注樁施工工藝為例，首先需要精準(zhǔn)測量放線，接下來搭建圍堰或者棧橋與鋼平臺(tái)，再確定鋼護(hù)筒的尺寸，捶打鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒下沉，水下鉆孔，鉆孔合格后即可清孔，制作安裝鋼筋籠，水下混凝土灌注，基樁檢測，水中承臺(tái)吊箱安裝，封底，抽水，水中承臺(tái)鋼筋施工，水中承臺(tái)澆筑。

四、水中樁基礎(chǔ)的施工控制要點(diǎn)

（1）確定施工方案。水中施工不確定因素較大，施工前準(zhǔn)備工作尤為重要。要進(jìn)行詳細(xì)的氣候、水中環(huán)境、周邊環(huán)境的勘察工作以保證施工現(xiàn)場人員、機(jī)械的安全以及施工的質(zhì)量。在設(shè)計(jì)施工方案時(shí)，要考慮可能發(fā)生的突發(fā)情況，進(jìn)行預(yù)案，必要時(shí)進(jìn)行演練。

（2）樁位放樣。施工作業(yè)前，測量人員先要測定樁位，確定樁位測定準(zhǔn)確無誤后鉆孔作業(yè)組組長進(jìn)場，路線及各種構(gòu)造物的施工放樣必須利用GPS-RTK 方法或極坐標(biāo)法放樣，確保護(hù)筒中心豎直線與樁中心線重合，平均允許誤差為50mm，豎直線傾斜不大于1%。

（3）搭建圍堰或者棧橋與鋼平臺(tái)。當(dāng)水深超過4m時(shí)，采用鋼板樁圍堰。河床覆蓋層較厚的沙類土、碎石土和半干性黏土，風(fēng)化巖層等基礎(chǔ)工程，鋼板圍堰的高度要確保高出施工期間最高水位0.5m 以上。施工棧橋及施工平臺(tái)的支架由臨時(shí)墩立柱（鋼管樁）、橫梁、縱梁、面層木板等部分組成，棧橋上部結(jié)構(gòu)縱梁宜采用工字鋼，橫梁宜采用槽鋼，上面鋪設(shè)厚度適宜的厚木板，首先進(jìn)行測量定位放線，在水中標(biāo)出樁心位置。鋼管樁由運(yùn)輸船運(yùn)至打樁部位。用浮吊吊到樁位插打。為防止樁頭在錘擊時(shí)損壞，打樁前要在樁頭頂部放置特制的樁帽，其上直接受錘擊應(yīng)力的部位，放置硬木制減振土墊，打樁時(shí)，先用兩臺(tái)經(jīng)緯儀，架設(shè)在樁架的正面及側(cè)面，校正樁架導(dǎo)線桿及樁的垂直度，并保持錘、樁帽與樁在同一縱軸線，然后空打1 ～2m，再次校正垂直度后正式打樁。打樁不能一次完成，當(dāng)沉至一定深度時(shí)必須進(jìn)行復(fù)核沉樁質(zhì)量，當(dāng)質(zhì)量良好時(shí)則繼續(xù)打樁。鋼管樁施工中需邊打入邊焊接。首先將下節(jié)管頂部變形、損壞部分修整，上節(jié)樁管端部的銹跡、泥砂、水或油污等清除，并打焊接坡口，將內(nèi)襯箍放置在下節(jié)樁內(nèi)側(cè)的擋塊上，緊貼樁管內(nèi)壁并分段點(diǎn)焊，然后吊節(jié)上節(jié)管樁，其坡口擱在焊道上，使上下節(jié)管樁對(duì)口的間隙為2 ～4mm，再用經(jīng)緯儀校正垂直度，在下節(jié)樁頂端外圍安裝好銅夾箍，最后進(jìn)行電焊。

（4）護(hù)筒埋設(shè)。護(hù)筒的埋設(shè)起到定位、導(dǎo)向的作用，是樁基礎(chǔ)施工的重要一環(huán)，護(hù)筒內(nèi)水位和泥漿比重使孔內(nèi)水壓力大于孔外水壓力，這樣可以防止護(hù)筒塌陷，護(hù)筒內(nèi)徑應(yīng)比樁徑大200 ～400mm，護(hù)筒高度應(yīng)高出水面1.0 ～2.0m，護(hù)筒埋設(shè)深度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求或水文地質(zhì)情況確定，一般深度宜為2 ～4m，同時(shí)還應(yīng)考慮是否有沖刷影響的河床，如果護(hù)筒會(huì)受到?jīng)_刷影響，應(yīng)沉入沖刷線以下且不少于1.0 ～1.5m，護(hù)筒頂部應(yīng)焊接加強(qiáng)筋和吊耳，開出水口，鉆進(jìn)過程中為了保證鋼護(hù)筒的平面位置和垂直度，可設(shè)計(jì)加工一套導(dǎo)向架，導(dǎo)向架固定在定位樁上并需要經(jīng)常檢查是否發(fā)生偏移和下沉，并及時(shí)糾正；根據(jù)施工地質(zhì)資料，結(jié)合鋼護(hù)筒的直徑和長度，選擇合適型號(hào)的振動(dòng)錘。

（5）制備泥漿。在泥漿池內(nèi)使用紅土或者黃土造漿，應(yīng)用于一般巖石層中時(shí)，泥漿應(yīng)當(dāng)達(dá)到下述指標(biāo):相對(duì)密度應(yīng)在 1.2 ～1.4 之間，含砂率應(yīng)小于4%，膠體率應(yīng)大于 95%，失水率小于20ml/30 min。

（6）鉆孔。第一,檢查人員、設(shè)備、機(jī)具、材料等內(nèi)容。第二,要求鉆機(jī)就位后平衡穩(wěn)定，不得產(chǎn)生位移或者沉陷，開孔的孔位精準(zhǔn)；第三,沖錐的鋼絲繩與鋼護(hù)筒中心位置偏差≤2cm，升降錐頭時(shí)不可碰撞到護(hù)壁和孔壁，保持平穩(wěn)；第四,確保護(hù)筒內(nèi)液面標(biāo)高高于河水面1m 以上，可以安裝水位檢測由專人看管，保證足夠的水頭壓力，維護(hù)下部空比安全；第五,控制泥漿比重在1.05 ～1.15 之間，鉆孔作業(yè)必須連續(xù)進(jìn)行，不得中斷。對(duì)鉆孔泥漿進(jìn)行檢測和實(shí)驗(yàn)，泥漿比重過大或過小都會(huì)對(duì)施工安全與質(zhì)量產(chǎn)生影響。同時(shí)控制泥漿粘度在18 ～22s，一般為20s。調(diào)節(jié)泥漿pH 酸堿度的大小。PH＜7 時(shí)，泥漿為酸性，pH酸堿度越小，酸性越強(qiáng)；PH＞7 為堿性pH 酸堿度越大，堿性越強(qiáng)；PH ＝7 時(shí)，泥漿為中性。如果pH 酸堿度大于11，則泥漿會(huì)產(chǎn)生分層現(xiàn)象，失去固壁作用。

（7）清孔。必須通過施工監(jiān)理員確認(rèn)鉆孔合格，進(jìn)行清孔工作。一次清洗利用鉆孔的反循環(huán)系統(tǒng)的泥漿泵持續(xù)吸渣5 ～15min 左右，使孔底鉆渣清除干凈。一次清孔結(jié)束后，迅速拆除鉆桿，鉆頭，安放鋼筋籠后下放的導(dǎo)管，開始澆注砼。如孔底沉渣和泥漿性能超出規(guī)范要求，進(jìn)行二次清孔，當(dāng)沉渣厚度較小時(shí)，可用泥漿泵正循環(huán)清渣；當(dāng)沉渣厚度較大時(shí)，用反循環(huán)方法清渣。最終保證孔底沉渣厚度滿足設(shè)計(jì)要求，確保小于5cm，再進(jìn)行水下混凝土澆筑工作。

（8）鋼筋籠的制作與吊放。鋼筋籠制作前應(yīng)對(duì)鋼筋進(jìn)行處理，主要包括除銹、調(diào)直等工序。要求主筋中心線和直線的偏差應(yīng)不大于長度的1%，并不得有局部彎折，根據(jù)骨架長度，盡量減少接頭和省料的原則配料，主筋應(yīng)盡量用整根鋼筋；對(duì)于鉆孔樁，宜采用光面鋼筋。鋼筋骨架為了便于運(yùn)輸，當(dāng)全長大于12m 時(shí)，應(yīng)分段制作。分段后的主盤筋接頭應(yīng)互相錯(cuò)開并保證同一截面內(nèi)的接頭數(shù)目不多于主筋總根數(shù)的一半。兩個(gè)接頭的間距應(yīng)大于50cm；鋼筋籠下落過程中要始終保持居中，不可碰撞井壁，下落速度均勻，不宜猛落，同時(shí)要始終保持孔內(nèi)水位不落，還要注意安全。

（9）水下混凝土灌注，灌注時(shí)，保持導(dǎo)管插入砼層3 ～6m，最小不得小于2m，最大不得超過10m。抽拔導(dǎo)管應(yīng)緩慢進(jìn)行，注意不得急速提升，會(huì)導(dǎo)致砼不密實(shí)，造成安全隱患。拆除導(dǎo)管前必須用測繩測砼面深度，以決定拆除導(dǎo)管的節(jié)數(shù)，防止導(dǎo)管拔空；砼灌注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，中途不得停止。若因某種原因砼不能及時(shí)跟上，必須經(jīng)常提動(dòng)導(dǎo)管，防止堵管；為了保證樁頂砼質(zhì)量，砼必須灌注到設(shè)計(jì)樁頂以上至少1m。砼灌注必須在第一批砼初凝前完成。

五、結(jié)語

水下樁基礎(chǔ)的施工具有隱蔽、復(fù)雜和施工環(huán)境多樣等特點(diǎn)，近年來其施工工藝日趨成熟，但面對(duì)不同的施工條件，仍然會(huì)出現(xiàn)多種不可預(yù)見因素，在實(shí)際工作中應(yīng)結(jié)合大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)出現(xiàn)頻率較高的控制點(diǎn)應(yīng)深入研究總結(jié)，創(chuàng)新施工方法，進(jìn)而提高水下樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)性。